“哈勃”的宇宙

[加]特倫斯?迪金森

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（HST）是美國(guó)國(guó)家航空航天局大型天文臺(tái)計(jì)劃的旗艦項(xiàng)目，是人類歷史上最雄心勃勃、最具傳奇性，同時(shí)也最扣人心弦的科學(xué)嘗試。“哈勃”回報(bào)給我們的是無價(jià)之寶——它向我們揭示了宇宙。

1990年，“哈勃”發(fā)射入地球軌道之前，關(guān)于空間望遠(yuǎn)鏡可能會(huì)發(fā)現(xiàn)什么，眾說紛紜?！肮眻F(tuán)隊(duì)的科學(xué)家至少都贊同一點(diǎn)：如果空間望遠(yuǎn)鏡所看到的只是我們預(yù)期的景象，那只會(huì)讓人覺得很沒意思。

“哈勃”的首要任務(wù)是測(cè)量宇宙的膨脹速率、尋找遙遠(yuǎn)的星系，以及測(cè)定星系際空間里的化學(xué)成分。但是，所有人都希望，“哈勃”最重要的發(fā)現(xiàn)應(yīng)該是解答天文學(xué)家不知該如何提出的問題，幫助我們尋找甚至自己都無法相信的天體。

然而，沒有人能想到，“哈勃”所拍攝的深空照片會(huì)如此美麗，令人嘆為觀止。宇宙影像如水晶般清晰，將我們潛意識(shí)中的三維宇宙變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。圖像的細(xì)節(jié)如此清楚鮮活，讓觀看者置身于深不可測(cè)的輪廓里，沉醉在罕見鮮亮的奇妙幻境中。

“哈勃”的影像極其清晰，令人瞠目結(jié)舌，那是因?yàn)樗挥诘厍蛲膭?dòng)的大氣層之外，不受星光擾動(dòng)的影響（這也是星星在漆黑的夜空下看上去閃閃爍爍的原因）。要是人眼像“哈勃”一樣靈敏，就能在紐約看到東京上空飛舞的一對(duì)螢火蟲?！肮钡某?jí)視力為我們展示了宇宙中人類前所未見的地方。

“哈勃”圖像所呈現(xiàn)的是遠(yuǎn)在晴夜繁星之外的另一個(gè)宇宙——一個(gè)充滿奇異天體、劇烈爆炸和毀滅性撞擊的世界，一個(gè)從未被發(fā)現(xiàn)過的國(guó)度：一個(gè)星系闖入另一個(gè)星系;恒星爆發(fā)出氣體、塵埃和光的烈焰;新生恒星射出對(duì)稱形狀的氣體噴流，向宇宙宣告它們的誕生。

“哈勃”拍攝的圖像沒有國(guó)家、政治、意識(shí)形態(tài)的界限，所以它的視野中沒有語(yǔ)言和文化的壁壘。這些圖像既宏大又謙遜，觸動(dòng)了老老少少，提醒世人，在這個(gè)充滿未知的浩瀚宇宙中，我們所生活的世界不過只是一葉扁舟。只要宇宙中發(fā)生了什么趣事，人們就都期待哈勃空間望遠(yuǎn)鏡能去一探究竟。

伽利略發(fā)明了第一架30倍望遠(yuǎn)鏡，將它指向天空，看清了銀河中的恒星、圍繞木星的衛(wèi)星，發(fā)現(xiàn)了地球繞日轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵證。自此以后，“哈勃”成了天文學(xué)界的弄潮兒。它的研究領(lǐng)域涵蓋了幾乎所有深空天文學(xué)的前沿項(xiàng)目，其中包括搜尋遙遠(yuǎn)的超新星，從而探測(cè)暗能量;探索星系質(zhì)量與其中央黑洞質(zhì)量之間的顯著關(guān)聯(lián);研究大爆炸后幾億年內(nèi)的星系形成;發(fā)現(xiàn)行星大氣層中奇怪的暫現(xiàn)事件;探索那些圍繞其他恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星上與生命相關(guān)的化學(xué)問題。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的大小和公共汽車相當(dāng)，重達(dá)12噸。自1990年發(fā)射以來，它已經(jīng)對(duì)超過3.8萬(wàn)個(gè)天體進(jìn)行了100多萬(wàn)次的觀測(cè)，積攢了50多萬(wàn)幅圖像的數(shù)據(jù)資料。它所收集的天文數(shù)據(jù)相當(dāng)于大約5千萬(wàn)本書，幾乎是美國(guó)國(guó)會(huì)圖書館館藏的5倍。

“哈勃”每年繞地球轉(zhuǎn)5000多圈，總路程超過50億千米。要將空間望遠(yuǎn)鏡的效率和性能發(fā)揮到這種程度并非易事?！肮痹淮未紊硖帪?zāi)難的邊緣，又一次次重新振作，變得比之前更加強(qiáng)大。

紙媒和電視紀(jì)錄片都曾將這一幕幕劇情搬到觀眾面前?！肮钡臒嵝闹С终呔拖裎鞑科锏尿T兵，紛紛用自己的智慧和影響，挽救了這架空間望遠(yuǎn)鏡?！肮钡拈_局并不順利。20世紀(jì)70年代，由于美國(guó)國(guó)會(huì)預(yù)算削減，它的建造面臨不止一次的取消。天文學(xué)家們爭(zhēng)相去說服立法者，這架革命性的望遠(yuǎn)鏡絕對(duì)物有所值。此外，它還是未來航天飛機(jī)極具魅力的載荷。事實(shí)上，早期的計(jì)劃要求這架空間望遠(yuǎn)鏡能夠經(jīng)常性地從地球軌道返回地面以便升級(jí)和維修，然后再由航天飛機(jī)發(fā)射升空。

1983年，美國(guó)國(guó)家航空航天局將這架望遠(yuǎn)鏡命名為“哈勃望遠(yuǎn)鏡”，以紀(jì)念20世紀(jì)初美國(guó)天文學(xué)家埃德溫·P.哈勃（1889—1953），是他在上世紀(jì)20年代發(fā)現(xiàn)，星系其實(shí)是由數(shù)十億顆恒星組成的遙遠(yuǎn)的巨大系統(tǒng)。之后，他又利用星系測(cè)量了宇宙的膨脹速率。很難相信，在那個(gè)時(shí)代，為了建造2.5米的胡克望遠(yuǎn)鏡，要用騾子沿著威爾遜山的小路把部件拉到山頂，而哈勃正是使用這架望遠(yuǎn)鏡得到了發(fā)現(xiàn)。他想象不到，僅僅3代人之后，就會(huì)有一架大小與之相當(dāng)?shù)耐h(yuǎn)鏡飛行在地面之上550千米的地方。

1986年“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)失事后，把大型望遠(yuǎn)鏡送入太空的進(jìn)程陷于停滯。“哈勃”本是“挑戰(zhàn)者”號(hào)計(jì)劃運(yùn)送的下一個(gè)載荷，可是“挑戰(zhàn)者”號(hào)在1986年1月發(fā)射后爆炸解體了。于是，航天飛機(jī)復(fù)飛前，“哈勃”又在地面?zhèn)}庫(kù)里躺了好幾年。

1990年4月，航天飛機(jī)燃燒著普羅米修斯之火，將“哈勃”送進(jìn)入環(huán)繞地球的軌道。然而，就在幾個(gè)星期后，工程師們開始疑惑“哈勃”傳回的圖像為什么不夠清晰。他們懷疑“哈勃”的2.4米主鏡沒打磨好，星光無法匯聚到一個(gè)尖銳的小點(diǎn)上，導(dǎo)致圖像模糊。

這真是莫大的諷刺！且不說空間天文臺(tái)耗資巨大，至少圖像清晰度應(yīng)該比地面望遠(yuǎn)鏡好上至少10倍。各種“今夜秀”“晚間秀”的滑稽表演節(jié)目和政治漫畫都對(duì)此大肆嘲諷。憤怒的天文學(xué)家稱“哈勃”是科學(xué)史上最大的失敗。美國(guó)國(guó)會(huì)對(duì)此也大為不滿，美國(guó)國(guó)家航空航天局的未來岌岌可危。

不過，讓天文學(xué)家多少有點(diǎn)釋懷的是，就算“哈勃”的圖像有點(diǎn)模糊，那也比地面望遠(yuǎn)鏡看到的清楚。此外，計(jì)算機(jī)算法可以大幅降低圖像的模糊程度，使其邊緣銳化，只不過有些光線受到影響，不得不被棄用。這也算是為了彌補(bǔ)圖像清晰度付出的代價(jià)吧。不過，“哈勃”原本的設(shè)計(jì)初衷就是要觀測(cè)極為暗弱的天體，損失光線確實(shí)讓它的觀測(cè)能力大打折扣。

3年后，宇航員為“哈勃”安裝了一個(gè)精巧的光學(xué)改正裝置，終于修復(fù)了這個(gè)問題，為后續(xù)1997年、1999年、2002年以及2009年的航天飛機(jī)維修和升級(jí)任務(wù)打開了大門。能為地球軌道上的空間望遠(yuǎn)鏡服務(wù)，這稱得上是航天飛機(jī)取得的最偉大成就。

每次執(zhí)行軌道任務(wù)時(shí)，宇航員都會(huì)帶著長(zhǎng)長(zhǎng)的待辦事項(xiàng)清單，更換一系列已經(jīng)失靈或者老舊的硬件，其中包括用于控制望遠(yuǎn)鏡指向、但又常出問題的陀螺儀。不過，最重要的是，“哈勃”的科學(xué)儀器——照相機(jī)和攝譜儀——可以常常升級(jí)。這些尖端技術(shù)表現(xiàn)優(yōu)異，讓“哈勃”在過去的20年里一直保持高產(chǎn)。截止到21世紀(jì)初，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的性能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出最初設(shè)計(jì)者的想象。

然而，好事多磨。2004年“哈勃”面臨著提前退休的境地。時(shí)任美國(guó)國(guó)家航空航天局局長(zhǎng)的肖恩·奧基夫取消了“哈勃”升級(jí)維修計(jì)劃內(nèi)的最后一次任務(wù)，因?yàn)椤案鐐惐葋啞碧?hào)航天器發(fā)生悲劇事故，在美國(guó)得克薩斯州上空解體，7名宇航員罹難。

理性告訴奧基夫，相比于當(dāng)時(shí)航天器唯一絕對(duì)安全的任務(wù)——往返國(guó)際空間站，升級(jí)維修“哈勃”的任務(wù)太危險(xiǎn)了。

誰(shuí)知，公眾強(qiáng)烈反對(duì)棄用“哈勃”，輿論勢(shì)不可擋。這架望遠(yuǎn)鏡不僅是一個(gè)人人愛戴的太空設(shè)備，它更是我們的宇宙使者，讓我們擁有探索宇宙最根本問題的能力。拋棄“哈勃”的想法令人震驚，就像當(dāng)初把原本是太陽(yáng)系九大行星的冥王星降級(jí)成矮行星的消息一樣。

2006年，美國(guó)國(guó)家航空航天局新局長(zhǎng)邁克爾·格里芬上任，重啟了最后一次“哈勃”升級(jí)維修任務(wù)。2009年，除卻眾多修理工作，還給“哈勃”安裝了一臺(tái)迄今為止最強(qiáng)大的空間照相機(jī)。從此，“哈勃”的性能躍入更高的境界。

大金字塔昭示著對(duì)死亡的恐懼;中國(guó)的長(zhǎng)城是終極防御的要塞;巴拿馬運(yùn)河是全球運(yùn)輸史上恰逢其時(shí)的革命。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡也在歷史教科書中留下了濃墨重彩的篇章，它代表了人類最純粹的好奇心，值得被永遠(yuǎn)銘記。

（摘自湖南科學(xué)技術(shù)出版社《“哈勃”的宇宙：偉大發(fā)現(xiàn)及最新的影像》作者：[加]特倫斯·迪金森譯者：劉晗? 謝懿? 余恒）